反平面电弹性偏折裂纹的一个解析解

该文用复变函数方法分析了压电材料反平面偏折裂纹问题,给出了问题的解析解,讨论了分支裂纹尖端的渐进场与奇异性。利用分支裂纹尖端扩展的能量释放率与[积分,研究了主支裂纹扩展方向,结果表明:压电材料Ⅲ型裂纹扩展时的分支角[,即裂纹扩展沿着主支裂纹的延长线方向。在理论上证明了前期对压电材料反平面裂纹的直线扩展假设及其相应结果的正确性。     

复合材料层合板三维分层问题的断裂力学分析

对复合材料层板中椭圆分层的断裂力学问题进行了研究。根据层板平面剪切型分层和反平面剪切型分层尖端附近位移场、应力场与应力强度因子的关系,利用法向切片法,得到椭圆分层前缘应力强度因子与能量释放率的关系。结合由附加位移所确定的总位能,确定了能量释放率和应力强度因子沿分层前缘分布的表达形式。数值计算给出了二者随分层区形状、载荷以及各层厚度比等参数变化的分布情况。     

压电弹性体中光滑顶点的正三角形孔边裂纹的反平面问题分析

通过构造新的保角映射,利用复变函数的方法,研究了含光滑顶点的正三角形孔边裂纹的横观各向同性的压电弹性体的反平面问题。在电可穿透和电不可穿透裂纹、孔周及裂纹面为自由表面的假设下,充分利用Cauchy积分公式和复变函数方法,得到了裂纹尖端的场强度因子和能量释放率的表达式。数值算例显示了在不同边界条件下裂纹的几何尺寸、机电载荷对能量释放率和机械应变能释放率的影响规律。结果表明:在电可通和电不可通边界条件下,裂纹长度和三角形边长的增加会导致能量释放率增加,机械载荷则总是促进裂纹的扩展。在电不可通边界条件下电位移可以促进或抑制裂纹的扩展,而在电可通边界条件下电位移对裂纹扩展没有影响。     

含裂纹的矩形截面压电材料反平面问题的应力场和电场

研究了含裂纹的矩形截面的压电材料在平面内电场和反平面荷载作用下的问题。得到了满足拉普拉斯方程、电渗透裂纹面边界条件的位移函数解和电势函数解,从而得到了电场和弹性场的基本解。最后,用边界配置法计算了应力强度因子和能量释放率。结果表明,这种半解析半数值的方法计算简便,而且具有足够的精确性和广泛的应用性。     

磁电弹性功能梯度板共线Griffith裂纹断裂行为

该文考察了磁电弹性功能梯度板的反平面问题。该板具有多个垂直于边界的共线裂纹。裂纹表面采用磁电不穿透或可穿透假设。应用积分变换和位错密度函数将问题化为柯西奇异积分方程求解。导出和分析了场强度因子和能量释放率。数值结果表明了载荷组合参数、材料梯度指数及裂纹构形对裂尖断裂行为的影响。     

压电材料渗透型反平面界面裂纹的奇异因子

本文用复变函数解析延展原理,研究了集中载荷作用下的不同压电材料反平面应变 状态的电渗透型界面裂纹的耦合场：对单个裂纹,给出了封闭形式的复函数解和场强度因子。 结果表明,在裂尖处耦合场有（１／２）阶的奇异性。     

TNT密闭环境中能量释放特性研究

为了研究TNT在密闭空间中的能量释放特性,依据量热法原理测量了TNT炸药在不同环境中(真空、0.1 MPa空气、0.1 MPa氧气)的爆热;同时在自行设计的密闭爆炸仓内,采用PCB压力传感器和K型热电偶分别测量了TNT炸药在不同气氛(空气、氮气、纯氧气)中爆炸后的准静态压力和爆炸场温度。爆热测试试验结果表明,当环境中氧含量增加时,爆热也随之增加;密闭空间中爆炸参数测量结果表明,随着密闭环境中氧含量的增加,准静态压力和爆炸场温度均有所增加。这说明实际应用中TNT爆炸反应完全性较低,有大量能量未释放,密闭条件可以提高TNT爆炸能量释放率。     

加层压电层硬币型裂纹断裂分析

研究粘接着弹性层的压电层内硬币型裂纹的断裂问题。压电层与弹性层均为横观各向同性材料,r轴方向无限长,z轴方向有限厚度。压电层沿z轴方向极化。考虑电不导通裂纹表面条件,利用Hankel积分变换将问题化为求解积分方程组,导出了场强度因子与能量释放率的表达式。给出了数值计算结果,并分析了弹性层厚度对场强度因子与能量释放率的影响。     

狭长磁电弹性体中Ⅲ型半无限裂纹的场强度因子

通过引入合适的保角映射, 利用复变函数方法研究了裂纹面上受反平面剪应力和面内磁电载荷共同作用下狭长磁电弹性体中半无限裂纹的断裂行为, 给出了磁电全非渗透型边界条件下裂纹尖端场强度因子和能量释放率的解析解。当狭长体高度趋于无限大时, 可得到无限大磁电弹性体中半无限裂纹的解析解。若不考虑磁场或电场作用, 所得解可退化为已知解。通过数值算例, 分析了裂纹面上受载长度、狭长体高度以及磁、电和机械载荷对能量释放率的影响。     

复合材料断裂分析的特点

本文讨论了复合材料断裂力学的一些问题。复合材料可以按各向异性均质材料处理时,其断裂力学参数仍然可以用应力强度因子(K)或能量释放率(G)以及Rice的J积分。和金属材料一作,应力场奇异性仍然是r~(-1/2),J积分仍然具有与积分路径无关的特性。但是按非均质材料处理时,应力强度因子的表达式及应力场的奇异性随裂纹尖端所处的位置有很大不同。Rice J积分的守恒性对于非均质材料不能成立,引入一个新定义的J积分则仍能保持其守恒性。     

多材料构件界面断裂分析

为了解决含有橡胶材料的界面断裂问题,提出了一种改进的虚裂纹闭合技术,该技术采用逐步线性化的方法,同时考虑了材料非线性与几何非线性的影响。首先,计算了双裂纹橡胶试件裂纹尖端的能量释放率,通过与已有文献的比较,可知所提出的改进的虚裂纹闭合技术是可靠、有效的。其次,对含有橡胶夹层的SLB模型进行了研究,通过计算分层前缘能量释放率Ⅰ型、Ⅱ型分量,和其与总能量释放率的比值,可知橡胶材料的引入使结构的能量释放率总量增大,Ⅱ型分量的比例明显增大。在多材料体系连接结构的断裂分析中,计算了不同分层位置下裂纹的能量释放率,并考虑了外层纤维缠绕层尺寸变化对能量释放率的影响。提出了相应的多材料体系构件的断裂准则。      

狭长磁电弹性体中Ⅲ型半无限裂纹的场强度因子

通过引入合适的保角映射,利用复变函数方法研究了裂纹面上受反平面剪应力和面内磁电载荷共同作用下狭长磁电弹性体中半无限裂纹的断裂行为,给出了磁电全非渗透型边界条件下裂纹尖端场强度因子和能量释放率的解析解.当狭长体高度趋于无限大时,可得到无限大磁电弹性体中半无限裂纹的解析解.若不考虑磁场或电场作用,所得解可退化为已知解.通过数值算例,分析了裂纹面上受载长度、狭长体高度以及磁、电和机械载荷对能量释放率的影响.     

楔形夹杂材料Ⅰ型问题的奇异性分析

本文基于位移函数Ψ（ｒ，θ），研究了平面应变情况下两种不可压缩材料界面处的奇异性问题。并以Ⅰ型问题为例，通过研究发现：奇异性指数δ不仅与材料性质有关，而且与其几何参数有关。应用此位移函数，还求得位移场和应力本征场。最后本文用所得结果与已有文献结果作比较，从而验证本方法的正确性。本文法公式推导简单，是这类问题分析的新方法。     

线粘弹性断裂分析的增量加料有限元法

提出了一种用于解决线粘弹性断裂问题的增量加料有限元法。为了反映裂纹尖端的应力奇异性,在裂尖附近的应力奇异区采用若干四边形加料单元和过渡单元,非奇异区采用常规四边形单元,三种单元分区混合使用形成求解域网格划分。加料单元通过引入裂尖渐近位移场,构造出可以较好反映裂尖奇异性的单元位移模式,过渡单元在加料单元基础上引入调整函数构造单元位移模式,用于连接加料单元和常规单元,以消除加料单元和常规单元间位移不协调。基于Boltzmann叠加原理,推导了粘弹性材料的增量型本构关系,进而获得了增量加料有限元列式,并基于节点位移外推法计算粘弹性介质中裂纹应变能释放率。数值算例验证了该文方法的正确性和有效性。     

含面\芯开裂损伤复合材料夹层板考虑几何非线性的能量释放率数值分析

基于一阶剪切变形理论,zig-zag变形假定和von Karman大挠度理论,提出了含不同形状面\芯开裂损伤复合材料夹层板在受压缩载荷作用下的开裂前缘能量释放率研究的有限元分析方法,研究了在轴向应变作用下,具有面\芯开裂损伤复合材料夹层板的分层断裂力学行为,并讨论了在大变形下几何非线性对能量释放率分布规律的影响。通过典型算例分析表明:具有面\芯开裂损伤复合材料夹层板的分层前缘能量释放率的大小和分布规律与开裂面积、开裂形状和受载方向有关。     

定侧压混凝土双压疲劳损伤模型

基于边界面概念和损伤力学理论,建立了一向定侧压混凝土双轴压各向异性损伤模型。加载面、边界面方程均以损伤能量释放率表示。在能量释放率空间内,由加载面与初始损伤面、边界面之间的位置描述损伤状态。通过建立累积损伤与相应循环损伤能量释放率阈值之间的关系,确定了疲劳加载中极限断裂面尺寸的变化规律,由此模拟混凝土在循环荷载作用下的刚度退化过程。结合已有的试验结果,确定了理论模型中的计算参数。经比较,理论模型预测的应力-应变数值、疲劳寿命和试验结果吻合较好。     

混凝土拉-压疲劳损伤模型及其验证

基于连续损伤力学理论,提出了混凝土单轴拉-压疲劳损伤模型。模型中采用了拉和压两个边界面。加载面、边界面方程均以损伤能量释放率表示。在能量释放率空间内,由加载面与初始损伤面、边界面之间的位置描述损伤状态。通过建立累积损伤与相应循环损伤能量释放率阈值之间的关系,确定了疲劳加载中极限断裂面尺寸的变化规律,由此模拟混凝土在循环荷载作用下的刚度退化过程。结合作者完成的疲劳试验结果,确定了理论模型中的计算参数。经比较,理论模型预测的应力-应变数值、疲劳寿命和试验结果吻合较好。     

编织复合材料的裂纹损伤与增长行为研究

本文利用数字散斑相关方法对玻璃纤维/环氧树脂编织结构复合材料在三点弯曲载荷作用下裂纹损伤演化、增长的力学行为进行了实验研究，记录了裂纹尖端局域场形变的散斑图像，提取了不同加载水平下的位移场，确定了裂纹扩展过程中其尖端的应力强度因子与能量释放率变化规律；从编织复合材料的宏细观方面，分析了裂纹的损伤变形及其扩展机理。     

热力载荷下多材料构件连接区的界面断裂分析

应用改进的虚裂纹闭合技术对热、力载荷作用下多材料构件连接区界面进行断裂分析。首先,通过对含橡胶夹层的复合材料层合板单腿弯曲（SLB）试件断裂分析,研究了在不同温度载荷作用下,橡胶夹层对试件能量释放率及其各型分量的影响。其次,对具有热流边界下,典型复合材料-橡胶-金属组成的多材料圆柱壳体连接裙结构进行了热力耦合断裂分析,结果表明裂纹总能量释放率随温度升高而增大。最后,针对该连接裙结构讨论了裂纹位置和橡胶层厚度对裂纹能量释放率的影响,指出适当增加橡胶层厚度可以降低裂纹能量释放率,但橡胶厚层度与界面韧性之间存在尺寸效应。     

从微孔洞起始的热冲击裂纹的数值研究——Ⅱ:能量释放率分析

利用商业的有限元软件ABAQUS,分析了具有微孔洞结构氧化铝陶瓷材料在受到热冲击作用下,从处于材料表面上的开口微孔洞以及临近材料表面的闭口微孔洞的底部起始的裂纹扩展。结果表明:对于从开口微孔洞和闭口微孔洞底部起始的裂纹,其能量释放率随冷却时间的变化规律类似,即随冷却时间t由零开始增加,能量释放率也由零开始快速增大,在冷却时间大约为t=0.1 s时,达到其最大值,随后开始降低。另外对于从开口微孔洞底部起始的裂纹,结果发现裂纹的能量释放率随裂纹长度的增加、微孔洞半径的增加而增加,而对于从闭口微孔洞底部起始的裂纹,其能量释放率随裂纹长度的增加、微孔洞半径的增加、以及微孔洞与材料受热冲击面距离的增加而增加。以开口微孔洞底部起始的裂纹为例,研究了裂纹与临近微孔洞之间的作用,发现临近微孔洞的存在可以明显减小裂纹的能量释放率。这些结果对于从材料的微结构角度设计材料的抗热冲击性能有参考价值。